Desi la momentul actual exista numeroase proiecte de dezvoltare si implementarea ale GSM-R in variate parti ale Europei si ale lumii, aceasta tehnoligie este deja invechita si deficientele incep sa ia amploare.

De departe cel mai mare impediment este reprezentate de numarul insuficient de canale oferite de GSM-R. Nodurile feroviare mai mari, cum ar fi cele de frontiera sunt de-a dreptul inghenucheate de aceste limitari.

De aceea, noile tehnologii, cum ar fi LTE trebuie luate serios in considerare ca o alternativa a GSM-R.

GSM-R este parte a standardului ETCS, avand ca rol asigurarea de comunicatii. Popularitatea sa incepe sa creasca atat pe continentul european cat si in afara sa, unde se incearca inlocuirea tehnologiilor tehnologiilor mostenite de la sistemele nationale precedente.

GSM-R are doua functii: trebuie sa transmita “mesajele” ETCS si sa asigure comunicatiile de voce intre locomotiva si centrele de control.

Initial, GSM-R a fost intentionat doar pentru a asigura comunicatiile de voce. Dar la un moment dat s-a ivit nevoia sistem care sa permita transmiterea semnalizarii ETCS, folosindu-se aceiasi retea dedicata GSM-R, dar pe masura cresterii complexitatii sistemelor feroviare, capacitatea GSM-R sa dovedit insuficienta.

De preferinta ar fi fost ca singura limitare sa fie introdusa de infrastructura feroviara si nu de capacitatea de comunicatie.

Imposibilitatea de partajare a resurselor si spectrul de frecvente redus sunt doua dintre cauzele prinicpale care limiteaza GSM-R. Ca o masura de depasire a acestor impedimente, unele companii feroviare au recurs la masuri operationale. Un exemplu ar fi oprirea comunicatiilor radio atunci cadn trenul stationeaza o perioada mai lunga de timp. Nu este o solutie practica si nu va rezolva problema capacitatii.

Va fi nevoie de introducerea unor noi tehnologii, mai eficiente si mai capabile. Un exemplu bun este reprezentat de LTE.

Pentru a demonstra acest lucru vom lua ca exemplu gara centrala din Copenhaga, Danemarca. Beneficiile practice ale LTE ca tehnologie de comunizatie feroviara vor fi prezentate pentru a explica principalele avantaje datorate migrarii de la GSM-R.

IUR a definit o serie de criterii specifice care trebuies indeplinite de reteaua de comunicatie pentru a se asigura comunicatiile ETCS intre RBC si OBU. Printre acestea se numara:

Intarzierile transmisiilor de date intre RBC si OBUDe exemplu pentru un transfer al unui mesaj ETCS cu o dimensiune de 128 bytes intarzierea minima nu trebuie sa depaseasca pragul de 0.5s. Cu atat mai mult, minim 95% din mesajele ETCS trebuie sa fie livrate in mai putin de 1.5s.

Integritatea datelor – probabilitate de pierdere a pachetelor, secvente defectuase de transfer, modificari neintentionate

Puterea semnalului radio receptionat Procedurile retelei de gestionare a intarzierilor

Performanta LTE depinde in primul rand de numarul de echipamente conectate simultan intr-o anumita celula.

Am ales realizarea unei analize de capacitate pe statia centrala din Copenhaga deoarece este cea mai mare din tara, fiind caracterizata de cea mai mare concentratie a trenurilor iar GSM-R prezinta reale probleme de gestionare a comunicatiilor aferente tuturor trenurilor simultan.

Conform unei analiza a institului national de infrastructura feroviara, numarul mediu de conexiuni este apreciat astfel:

12 conexiuni ETCS pentru trenurile aflate la peroane 34 de conexiuni ETCS pentru blocul de linie automat din directia Helgoland, pe o

distanta de 5km 20 de conexiuni pe linia catre directia Hoje Taastrup pe o arie de 5km 20 de conexiuni ETCS pe o distanta de 5km dinspre Kastrup

Trenurile din interiorul statiei vor fi acoperite de o celula radio cu raza de 1km, presupunand ca este amplasata in centrul statiei. Daca vom considera ca distrubutia trenurilor este uniforma intre statii iar celula din interiorul statiei acoperea o portiune

de 1km din blocul de linie , atunci conform unui calcul simplu numarul conexiuni care vor fi gestionate este urmatorul:

12+ 15×34+1

5×20+ 1

5×20≅ 27conexiuni

Pana in anul 2030 se preconizeaza o modificare a acestor valori atingandu-se in timpul orelor de varf o crestere de 45% conform [7]. Astfel celula va trebui sa asigure conexiuni sigure pentru aproximativ 40 de trenuri simultan, in timp ce o celula GSM permite aproximativ 23 de conexiuni ETCS simultan.[8]

Modelul de simulare

Gara centrala din Copenhaga este echipata cu o retea LTE. Vom considera cazul unui singur eNod. Pe intreaga zona celulei puterea semnalului de referinta receptionat RSPR masurate se incadreaza la o valoare de peste -92dBm, cu o probabilitate de acoperire de 95%, conform cerintelor ETCS[3].

Situatiile care pot aparea sunt uramatoarele:

1. Semnalizarea ETCS

Fiecare OBU trimite un mesaj ETCS la RBC la un interval mediu de 30s. De asemenea, in sens invers RBC va trimite mesajele la acelasi interval de timp. Dimensiunea unui mesaj ETCS este de 128 de bytes conform specificatiilor. In realitate, mesajele ETCS au o dimensiune mai mica, 128 de bytes fiind cazul cel mai dezavantajos.

2. Comunicatii

Comunicatiile de voce reprezinta un serviciu esential. In modelul de simulare se va mentine o legatura continua de voce cu impegatul de miscare, fiind considerat cazul cel mai dezavantajos. Aplicatia generaza fluxuri de 64 Kbps pentru uplink si downlink.

3. Actualizarea informatiilor

Este un serviciu suplimentar care primeste actualizari ale informatiilor, altele decat cele critice. Aplicatia va genera un flux de date de 1000kbps.

4. Anunturile

Anunturil de voce pentru informarea pasagerilor cu privire la sitatia traficului se vor transmite de la centrul de control la fiecare tren. Va genera un flux de date de 64 kbps

5. Monitorizarea videoCCTV permite monitorizarea continua a vagoanelor, din considerente legate de siguranta. Se va genera un flux de 2000kbps in cazul transmisiilor uplink

Rezultate ale simularii

Dupa cum se poate observa, pentru un numar de 35 de trenuri nivelul de saturare al canalului Phisical Uplink Shared Channel este de aproximativ 90%. Pe de alta parte, saturatia de 90% pentru downlink este atinsa la un numar aproximativ de 75 de trenuri aflata in celula. Aceasta utilizare se datoreaza in principal aplicatiilor non-ETCS.

Intarzierile

Figura arata relatia intre numarul de trenuri si intarzierile aferente pentru celula simulta. Dupa cum era asteptat, o intarziere mai mare apare atunci cand este implicat un numar mai mare de trenuri. Cazurile de uplink si downlink sunt tratare separat. Urmarind cu atentie intarzierile care apar se poate observa ca o calitate mai slaba se constata in cazul informatiilor transmise la bordul locomotivelor – uplink.Acest lucru apare deoarece intarzierea de uplink va atinge valoare limita mai rapid decat cea downlink. Motivele sunt urmatoarele:- in LTE, resursele pentru uplink si downlink sunt gestionate de eNod. Exista o procedura intortocheata. Pentru a trimite datele, UE trebuie sa programeze o cerere de alocare Sche Request . Apoi eNod-ul raspunde cu o transmisie de aprobare care necesita procesare din partea UE. Abia apoi, UE poate transmite.

- transmisia uplink la LTE are rate de transfer mai mici decat in cazul downlink, deoarece UE are o putere de emisie mai mica decat eNodulB si transmitatiorul din UE poate sa nu suporte modulatia QAM64.In orice situatie, conform cerintelori ETCS, media erorii de transfer nu poate sa depaseasca 0.5s. Asadar, indiferent de scenariul prezent, LTE va asigura o intarziere mai mica limita de 0.5 s.O alta cerinta se refera la necesitatea transmiterii a 95% dintre mesaje in mai putin de 1.5s.

Conform datelor experimentale din figura de mai sus reiese ca, atunci cand numarul de trenuri este sub 70, peste 99.98% din mesaje sunt livrate in mai limite de 1.5s. Peste un numar de 70 de trenuri, valoare ramane aproximativ constatnta. S-a atins valoarea limite de 99.85% pentru un numar de 75 de trenuri. Deci este foarte clar ca LTE indeplineste conditia standard de transmitere a 95% dintre mesaje in mai putin de 1.5s.

Din figura 4 si 5 reiesa ca LTE asigura cerintele de sistem impuse de ETCS